JPH0223079A - 磁気浮上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、磁気浮上走行体や磁気軸受等に用いられる
磁気浮上装置に関する。

〈従来の技術及び発明が解決しようとする課題〉例えば
、電子工場におけるクリーンルームヘワ−りを搬入する
磁気浮上走行体は、磁性体製のガイドレールと電磁石に
よって構成された磁気浮上装置を具備している。上記ガ
イドレールは、搬送車の移動経路に沿うように建物等に
固定されている。他方、電磁石は、ワークを所定の場所
に搬送するための台車を有する搬送車の上方帯りに取り
付けられており、上記ガイドレールの下端に近接した状
態に設けられている。上記搬送車は、非浮上時に、搬送
車に設けられたコロによってガイドレールに支持されて
いる。そして、上記電磁石に通電されると、電磁石から
発生する磁力によってガイドレールに吸引されて搬送車
が浮上し、ガイドレールとコロを非接触状態にして走行
させることができる。したがって、磁気浮上装置を用い
ると、搬送車に設けられたコロとレールとが摩擦するこ
とによって発生する粉塵等を防止することができるとと
もに、騒音を防止し、しかも耐摩耗性を向上させること
ができる等、数々のメリットがある。このような磁気浮
上装置は、上記搬送機器を始めとして、情報機器や電磁
ポンプ、その他の機器にも用いることができるので、将
来的にも有望視されている。

上記磁気浮上装置の一例を概説すると、この磁気浮上装
置は、第６図に示すように、断面コ字形の鉄心（９１）
と、この鉄心（９１）に巻回された電磁コイル（９２）
と、これらの鉄心（９１）と電磁コイル（９２）とによ
り構成された浮上マグネット（９３）の真上に、天井等
から吊り下げられた強磁性体製のガイドレール（９５）
と、図示していないが上記電磁コイル（９２）に適当な
電流を供給する電流制御装置とを具備している。そして
、上記浮上マグネット（９３）が、ワークを載置するた
めの台車（９６）に連結されたフレーム（９７）の上部
に固定されている。また、フレーム（９３）には、上記
浮上マグネット（９３）の非動作時に、このフレーム（
９７）や台車（９Ｂ）等をガイドレール（９５）に吊り
下げておくコロ（９８）が設けられている。

そして、電流制御装置を介して上記浮上マグネット（９
３）が励磁制御されると、浮上マグネット（９３）は強
い磁石となる。この浮上マグネット（９３）から発生す
る磁力によって、ガイドレール（９５）とコロ（９８）
が接触しない程度に、フレーム（９７）と台車（９６）
とを浮上させる。しかし、浮上マグネット（９３）の磁
力が強すぎると、浮上アゲネット（９３）が上がり過ぎ
てコロ（９８）がガイドレール（９５）に当接してしま
う。そこで、上記電流制御装置から電磁コイル（９２）
に流す電流を微妙にコントロールすることによって、磁
力を調節し、台車（９Ｂ）を浮かせた状態で、しかも、
コロ（９８）がガイドレール（９５）に接触しないよう
にしている。この状態で、リニアモータ等からなる走行
駆動装置（図示せず）を作動させて、台車（９６）を浮
かせたまま走行させている。

上記のような磁気浮上装置は、浮上マグネット（９３）
に流す電流を制御して、所定の浮上刃を得ているので、
制御が難しく、複雑な電流制御装置が必要であるという
欠点があった。

また、他の例の磁気浮上装置として、例えば遠心分離機
の高速回転体に取り付けられた磁気軸受がある。この磁
気軸受は、回転体を支持している軸の上端に磁性体が設
けられ、枠体に電磁石が設けられたものである。

この磁気軸受においても、電磁石は鉄心に電磁コイルが
巻き付けられた構造である。したがって、電磁コイルに
流す電流を制御するための複雑な電流制御装置が必要で
、しかも、制御が難しいという欠点がある。

さらに、磁気浮上装置を用いた他の例として、超電導反
発浮上を利用した磁気浮上列車がある。

この磁気浮上列車の磁気浮上装置は、列車側の床下に超
電導磁石が設けられ、地上側の軌道に沿って３ト目電機
子巻線からなる浮上用コイルが配置されたものである。

この磁気浮上装置は、超電導磁石の磁界が下方に向けて
あり、この超電導磁石と浮上用コイルにより発生する磁
界との間に生ずる磁気反発力によって列車を浮上させる
。

この磁気浮上装置において、超電導磁石が受ける磁気浮
上刃は、上方への磁気反発力のみである。

このため、列車が横方向に揺れた場合は、超電導磁石が
浮上用コイル上から横方向にずれ、列車が軌道から外れ
てしまう虞がある。そこで、列車が横方向にずれないよ
うにするために、磁束を横方向に向けた案内用磁石とこ
れに対応した案内用コイルが設けられている。したがっ
て、このような磁気浮上装置では、装置が複雑かつ大形
化してコストが増大するという問題点がある。

そこで、この発明は、制御が容易で、複雑な電流制御装
置が不要な磁気浮上装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明の磁気浮上装置とし
ては、浮上体が超電導体にて形成され、該超電導体は、
磁気発生手段の磁界のうちの、鉛直下方に離れていくに
従い、鉛直方向の磁束密度が漸次小さく、かつ、水平方
向の磁束密度が、漸次大きくなっているか若しくは略一
定になっている領域に配置されていることを特徴とする
。

く作　用〉 上記の構成の磁気浮上装置によれば、例えば第２図に示
すように、超電導体（Ｓ）は、磁気発生手段（Ｍ）の磁
界のうちの、鉛直下方に離れていくに従い、鉛直方向の
磁束密度（Ｂｚ）が漸次小さく、かつ、水平方向の磁束
密度（Ｂｘ）が、漸次大きくなっている領域に配置され
ている。この状態から超電導体（Ｓ）が下がって超電導
体（Ｓ）が磁気発生手段（Ｍ）から離れると、鉛直方向
の磁束密度（Ｂｚ）が小さくなるため、超電導体（Ｓ）
内の磁束が一定に保たれるように電流が流れるか、若し
くは、初期状態で電流が流れていれば、Ｔ、２図中矢印
の方向成分が増加する。電流（１）が増加すると、Ｆ　
ｏｃ　Ｂ　ｘ弓 の関係から、超電導体（Ｓ）に作用している磁気浮上刃
（Ｐ）が強くなって、超電導体（Ｓ）が上昇し、元の浮
上位置に復帰する。

逆に、超電導体（Ｓ）が上がりすぎて、超電導体（Ｓ）
が磁気発生手段（Ｍ）に接近すると、鉛直方向の磁束密
度（Ｂｚ）が大きくなるので、磁束の変化量に対応して
逆向きの電流が発生し、超電導体（Ｓ）に流れる電流が
減少するか若しくは逆向きに流れる。したがって、超電
導体（Ｓ）に作用している磁気浮上刃が弱まるか、若し
くは下向きに作用し、超電導体（Ｓ）が下降し、元の浮
上位置に復帰する。

したがって、超電導体（Ｓ）に作用する浮上刃が超電導
体（Ｓ）の重さと釣り合った位置で、超電導体（Ｓ）は
静止する。

なお、水平方向の磁束密度が略一定とは、磁気発生手段
から鉛直下方に離れても常に一定の場合、並びに離れて
いくにしたがって、やや大きくなる場合及びやや小さく
なる場合をいう。すなわち、水平方向の磁束密度が下方
にやや小さくなっていく場合であっても、超電導体に作
用する磁気浮上刃（Ｆ）は、上記ＦｏｃＢｘ−■の関係
に基づいているので、電流（＋）の増加が充分に大きい
とき、水平方向の磁束密度がやや小さくなっていても、
浮上刃（Ｐ）は一定若しくは増加する。したがって、超
電導体は、そのまま浮上することができる。

また、上記領域は、必然的に鉛直方向の磁束密度（Ｂｚ
）が水平方向にずれるほど小さくなっていくので、水平
方向にずれた超電導体（Ｓ）に対して引き戻す力が作用
し、超電導体（Ｓ）が水平方向にずれるごとはない。

〈実施例〉 次いで、この発明の実施例について図面を参照しながら
以下に説明する。

第１図はこの発明に係る磁気浮上装置を具備する遠心分
離機の縦断面図である。

この遠心分離機は、枠体（２５）に固定された磁気発生
手段としての電磁石（２］と、この電磁石■の直下に配
置されたリング状の超電導体（３）と、この超電導体（
３）を内蔵したカップリング（４）と、カップリング（
４）の下部に軸支された高速回転体（５）と、この高速
回転体（５）を回転駆動するためのヒステリシスモータ
（６）とを具備している。

上記電磁石■は、断面Ｅ型の鉄心（２１）に、電磁石を
作るための電磁コイル（２２）が巻回されて形成されて
いる。この電磁コイル（２２）には、下方に配置された
超電導体（３）が磁気浮上して、カップリング（４）や
高速回転体（５）等を浮上させるために必要な磁力が得
られるように、一定の直流電流が流されている。そこで
、この電磁石（２）には、各電磁コイル（２２）を中心
にした磁力線が形成されている。したがって、電磁石（
２）は、第３図に示すように、空中に出ている磁力線を
用いることができるように、電磁コイル（２２）側を下
向きにして枠体（２５）に取り付けられている。

そして、超電導体（３）は、上記電磁石（りの磁界のう
ちの、電磁石■から下方に離れるに従い、鉛直方向の磁
束密度が漸次小さく、かつ、水平方向の磁束密度が漸次
大きくなっている領域（Ｉｌｌ）に配置されている（第
３図参照）。なお、この領域（ＩＩＩ）に配置された超
電導体（３）は、全体が臨界磁界以下になっている。

この超電導体（３）は、上記カップリング（４）の上方
寄りに内蔵されている。また、カップリング（４）の内
部には、超電導体（３）を冷却するための液体チッソ（
４１）が充填されている。該液体チッソ（４１）は、必
要時には、図外の冷却装置により極低温に冷却される。

さらに、カップリング（４）の内壁に沿って、上記超電
導体（３）と液体チッソ（４１）を隔絶するための真空
断熱層（４２）が設けられている。

上記高速回転体（５）は、その上部に突設された回転軸
（４３）を介して上記カップリング（４）の下端に連結
されている。また、高速回転体（５）の下部は、底面の
回転中心に設けられた振れ止め用のピボット（５１）を
介してヒステリシスモータ（６）に支持されている。

次に、この遠心分離機を使用する方法を説明する。まず
、高速回転体（５）内に試料をセットする。

このとき、超電導体（３）は、臨界温度以上にしておく
。次いで、電磁石（２）の鉛直方向の磁束密度が大きい
側、すなわち電磁石（２）に近接した位置に超電導体（
３）が配置されるように、カップリング（４）と共に高
速回転体（５）を上方へ移動させる。そして、この状態
で、液体チッソ（４１）を冷却して超電導体（３）を臨
界温度以下にする。すると、超電導体（３）には、磁束
が貫通する。この状態から、高速回転体（９等を下げて
、下部のピボット（５１）をヒステリシスモータ（６）
上部の所定の位置に合わせる。すると、鉛直方向の磁束
密度が大きくなるため、超電導体（３）内の磁束を一定
に保つように、超電導体Ｇ）に電流が流れ、浮上刃が発
生する。この際、電磁石（２）は、上記したように、電
磁コイル（２２）に対する電流が適当に設定され、超電
導体（３）と共に高速回転体（５）の重量の大部分を支
える浮上刃を発生させるだけの磁力を出している。この
ため、高速回転体（５）は、カップリング（４）の上部
が電磁石（２と非接触の状態で、かつ下部のピボット（
５１）はヒステリシスモータ（６）にほとんど摩擦抵抗
の無い状態で支持されて回転する。したがって、高速回
転体（５）が回転しても、粉塵等は一切発生することは
なく、しかも騒音が発生したり、軸受が摩耗したりする
虞を解消できる。

高速回転体（５）が上がり過ぎたとき、すなわち、超電
導体（３）が電磁石■に近づいたときは、鉛直方向の磁
束密度が大きくなるので、磁束の変化量に対応して逆向
きの電流が発生し、超電導体（３）に流れる電流が減少
するか若しくは逆向きに流れる。

このため、超電導体Ｇ）に作用している磁気浮上刃が弱
まるか、若しくは下向きに作用し、超電導体Ｇ）と共に
高速回転体６）が下がって、釣り合う位置に復帰し、磁
気浮上刃と高速回転体（５）の重量が釣り合って高速回
転体（５）が静止する。

逆に、超電導体（３）が下がったときは、超電導体（３
）が電磁石（２から離れるので、鉛直方向の磁束密度が
小さくなり、超電導体（３）に流れている超電導電流は
、磁束の変化量に対応して増加する。このため、超電導
体（３）に作用している磁気浮上刃が強くなって、超電
導体（３）とともに高速回転体■が上昇して元の浮上位
置に復帰し、再び磁気浮上刃と高速回転体（５）の重量
が釣り合うことになる。

このようにして、高速回転体（５）は、超電導体（３）
と電磁石（Ｚとによる磁気浮上刃によって、浮上した状
態が維持される。この際、超電導体（３）には、電流制
御装置が接続されていないにも拘らず、超電導体（３）
に流れている電流が増減して、最適な磁気浮上刃を得る
ことができる。したがって、高速回転体（５）を所定の
位置に浮上した状態で静止させることができる。

なお、上記領域は、水平方向にずれるほど鉛直方向の磁
束密度が弱くなっているため、超電導体（Ｓ）が水平方
向にずれた場合は、超電導体（３）には引き戻す力が作
用し、超電導体（３）は電磁石（２）の上記領域−（旧
）から水平方向にはみ出すことはない。

°また。高速回転体（５）内に収容する試料の重さが大
きくなったときは、上記電磁石■の磁力を大きくするこ
とによって１．ピボット（５１）とヒステリシスモータ
（６）との摩擦抵抗がほとんど無い状態にすることがで
きる。

超電導体（３）の材料としては、軽くて量産性の良いも
のが用いられ、Ｂ１−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系等の酸化物超電導体が例示される。

超電導体（３）の形状は、リング状のものを例示したが
、細線を複数回巻回して結線した短絡線輪でもよく、ま
た、方形の枠状のもの等を用いることができる。さらに
、内方に透孔を有しない円板状や板状の超電導体も使用
可能である。この場合は、使用する際に、中央部分を臨
界磁界以上の磁束で磁束貫通させることによって、その
周囲に臨界磁界以下の領域を設定する。このような超電
導体においても、上記臨界磁界以下の領域に超電導電流
が流れる。

次に、上記したような磁束密度の領域を得ることができ
る磁気発生手段の他の構成を説明する。

第４図は磁気発生手段の一例としての棒状永久磁石の斜
視図である。この磁石（Ｍ）は、磁束が下方になるほど
拡がっているので、中心部分の領域（Ｉ！　２　）を使
用する。

第５図は環状永久磁石の斜視図である。この磁石（Ｍ）
では、磁界も環状になっている。したがって、超電導体
（Ｓ）は、この磁石（Ｍ）で形成された磁界の中心部分
の周囲に配置する環状のものを用いる。ただし、超電導
体（Ｓ）が、磁石（Ｍ）の下方から横方向にずれないよ
うに中心方向への力を効果的に得るために、中心部分か
らを磁界のうちの水平方向やや外方に片寄った領域（Ｈ
３）に配置することが望ましい。

なお、この磁気浮上装置は、上記した実施例における遠
心分離機に限らず、磁気浮上走行体や磁気浮上列車や、
その他の機器等にも用いることができる。

く実験例〉 次に、焼結体リングにて形成した超電導体を用いて浮上
試験を行った実験例を示す。

超電導体は、内部空間の直径が２０ｃｍで、幅が１．０
ｃｍのリング状のものを用いている。この超電導体を、
電磁石の磁界のうちの、鉛直方向の磁束密度の変化率が
１００　Ｇａｕｓｓ／ａｍで、水平方向が１０００　Ｇ
ａｕｓｓの磁束密度の領域に配置した。この磁界中で、
超電導体に超電導電流を誘起させると、約４　ｋｇ　／
　ｍｍのバネ特性を有する安定した浮上刃が得られた。

（発明の効果〉 以上のように、この発明の磁気浮上装置によれば、浮上
体が超電導体にて形成され、しかも、この超電導体は、
磁気発生手段から発生する所定の磁束密度になっている
領域に配置されているので、環状の超電導電流が流れて
いる超電導体が上下に移動した際、この超電導体に流れ
ている超電導電流を増減させることができる。これによ
り、超電導体に作用している磁気浮上刃が変化し、超電
導体は所定の位置に復帰して静止することができる。

したがって、この磁気浮上装置を使用すれば、電流制御
を行なう複雑な電流制御装置が不要になるという優れた
効果がある。

また、上記領域は、鉛直方向の磁束密度が水平方向にず
れるほど小さくなっていくので、水平方向にずれた超電
導体に対して引き戻す力が作用し、超電導体が水平方向
にずれる虞を解消できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る磁気浮上装置を具備する遠心分
離機の縦断面図、 第２図は磁石の磁束方向を示す正面図、第３図は上記磁
気浮上装置の電磁石の断面図、第４図及び第５図はそれ
ぞれ磁気発生手段の構成例を示す斜視図及び断面図、 第６図は従来例の磁気浮上装置を有する磁気浮上装置の
部分断面図である。 第６図 （Ｍ）・・・磁気発生手段、　（２）・・・電磁石、（
Ｓ）　（３）・・・超電導体。 第 図 第 図 ３（Ｓ） 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．磁気発生手段の下方に磁気浮上する浮 上体が設けられた磁気浮上装置において、 上記浮上体が超電導体にて形成され、該 超電導体は、磁気発生手段の磁界のうち の、鉛直下方に離れていくに従い、鉛直 方向の磁束密度が漸次小さく、かつ、水 平方向の磁束密度が、漸次大きくなって いるか若しくは略一定になっている領域 に配置されていることを特徴とする磁気 浮上装置。